综述：慢性感染对细胞衰老的影响

本综述系统阐述了慢性感染（病毒、细菌、原生动物寄生虫）作为细胞衰老（Cellular Senescence）的强大诱导剂，通过操纵宿主DNA损伤应答（DDR）、线粒体动力学、端粒维持、氧化应激及免疫功能等多种机制，促进衰老和免疫衰老（Immunosenescence）。文章揭示了病原体利用衰老作为持久感染和促进疾病的统一策略，并探讨了以抗衰老药物（Senolytics/Senomorphics）靶向衰老细胞作为缓解感染长期影响的新兴治疗前景。

　　

引言

细胞衰老是一种基本的生物学过程，其特征是稳定的细胞周期停滞、基因组不稳定以及获得一种促炎性的分泌表型。虽然衰老传统上与衰老相关，但越来越多的证据表明，慢性感染可以作为衰老的强大诱导剂，导致过早衰老和长期组织损伤。在持续感染期间，宿主面临类似的炎症状态，其目的是对抗病原体；然而，对病原体的免疫反应可能变得失调，其特征是免疫细胞的持续激活、促炎细胞因子的过量产生以及未能恢复免疫稳态。这种未解决的炎症随着时间的推移会导致慢性、低度炎症状态，进而引发组织损伤和年龄相关疾病的发展。

新兴的感染驱动衰老的标志

细胞衰老是一种基本的应激反应，作为对抗不受控制的细胞增殖的保护机制。它有助于组织修复和再生，并帮助维持整体组织稳态。相反，衰老与分子和细胞损伤的积累有关，随着时间的推移，会导致生理功能恶化、年龄相关疾病风险增加以及最终的机体死亡。新出现的证据表明，慢性感染可能作为衰老的加速剂，通过免疫衰老和组织应激促进其进程。

衰老可以通过衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-Gal）活性的增加来识别，这反映了衰老细胞中高的溶酶体含量。在pH 6下通过生化检测检测β-半乳糖苷酶活性是细胞衰老的标志，这与在非衰老细胞中pH 4下观察到的酸性β-半乳糖苷酶活性不同。重要的是，SA-β-Gal并非在所有条件下都是衰老的专属标志物。

衰老细胞的特点还在于稳定的增殖停滞状态，它们被阻滞在细胞周期的G1期或G2期。这种停滞主要由肿瘤 suppressor 通路的激活驱动，最显著的是通过细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子的上调。两个关键的分子通路通常参与其中：p53通路（诱导其下游效应因子p21的表达）和p16通路（靶向并调节视网膜母细胞瘤蛋白）。除了经历细胞周期停滞，衰老细胞还表现出核结构的特征性变化，包括核膜关键结构成分Lamin B1的丢失。这种丢失促进了染色质重塑，并有助于衰老相关异染色质灶（SAHFs）的形成。

细胞衰老另一个公认的标志是端粒缩短。端粒是位于线性染色体末端的重复核苷酸序列（TTAGGG），作为保护帽，防止必需遗传信息的丢失，并保护染色体不被误认为是受损的DNA。由于DNA聚合酶无法完全复制线性DNA链的3'末端，即末端复制问题，端粒随着每一轮细胞分裂逐渐缩短。端粒酶通过添加端粒重复序列来帮助抵消这种损失，但每次复制周期仍会发生一些缩短。在这种情况下，端粒区域特别容易发生突变并且修复效率低下。这些区域的损伤可以触发持续的DNA损伤反应（DDR），激活细胞周期抑制因子如p21和p16，从而导致细胞衰老。

针对各种刺激（如端粒磨损和氧化应激）的DNA损伤反应（DDR）的激活可以进一步强化衰老。DDR由DNA损伤（如单链和双链断裂）激活，旨在维持基因组完整性。DDR的机制之一是组蛋白H2AX的磷酸化和γ-H2AX的形成，这有助于DNA修复复合物的组装。在遭受持续DNA损伤的细胞，特别是衰老细胞中，γ-H2AX焦点可以积累并保持未解决状态。多种病原体已被证明可诱导DNA损伤并促进γ-H2AX形成，这表明其在驱动宿主细胞衰老中具有潜在作用。

衰老细胞的一个定义性特征是衰老相关分泌表型（SASP），其特征是分泌炎症性细胞因子和趋化因子、生长因子和蛋白酶。这些炎症介质包括白细胞介素（如IL-6、IL-8和IL-1β）、干扰素（如IFN-γ）、肿瘤坏死因子（如TNF-α）和趋化因子（如CXCL-8和CXCL-10）。这些炎症因子主要来源于两个经典转录因子：核因子κB（NF-κB）和CCAAT/增强子结合蛋白β（C/EBPβ）。其中，NF-κB作为炎症信号传导的主要调节因子，扮演着核心角色。

虽然SASP因子在急性组织重塑和免疫监视中可以发挥有益作用，但它们持续的表达会破坏局部组织结构，促进慢性炎症，并改变邻近健康细胞的功能。鉴于衰老在慢性炎症和年龄相关病理中的作用，旨在调节这一过程的治疗策略正在积极研究中。衰老形态药物（Senomorphics）代表了一种减轻SASP介导的炎症而不消除衰老细胞的治疗策略。这些药物通过选择性抑制驱动和维持有害效应的关键信号通路（如NF-κB、mTOR、JAK/STAT和p38 MAPK）来抑制衰老细胞的有害活性。此外，诸如senolytic药物（选择性清除衰老细胞）、表观遗传重编程和代谢调节等方法，为减轻SASP的有害影响、恢复组织功能和延缓衰老相关衰退提供了有前景的途径。

细胞可以响应线粒体损伤而经历衰老。线粒体是细胞能量生产和氧化应激调节的核心。在氧化磷酸化过程中，线粒体自然产生活性氧（ROS），其在低水平时发挥信号作用，但过量时会损伤蛋白质、脂质和DNA。这种氧化应激是细胞衰老的已知触发因素，并在许多年龄相关疾病的发生和进展中起关键作用。在感染背景下，多种病原体，包括细菌、病毒和细胞内寄生虫，通常作为宿主先天免疫防御的一部分引发ROS爆发。虽然最初具有保护作用，但ROS的长期积累会损害宿主组织，导致细胞衰老。

衰老过程中线粒体网络和结构发生显著改变。线粒体健康受到动态过程（如裂变和融合）的严格调节。裂变主要由动力相关蛋白1（DRP1）控制，允许受损线粒体被隔离以进行降解；而融合由mitofusins（MFN1和MFN2）和视神经萎缩症蛋白1（OPA1）介导，允许线粒体内容物混合，有助于补充功能失调的线粒体组分。线粒体自噬，即自噬降解受损线粒体，对线粒体质量控制也至关重要。线粒体受损时，PINK1积累在线粒体外膜并招募E3泛素连接酶Parkin，后者标记受损线粒体以进行降解。然而，随着年龄增长，这些系统变得失调，线粒体网络日益碎片化，线粒体自噬效率降低，功能失调的线粒体积累。新证据表明，严重感染会导致线粒体自噬失调。线粒体质量控制的这种下降损害细胞代谢，升高氧化应激，并有助于细胞衰老和衰老的发生与进展。

慢性病毒感染与衰老

病毒感染可引发多种宿主细胞反应，这些反应反映了细胞衰老的关键特征。特别是，持久性病毒感染已被证明通过诱导细胞周期停滞、DNA损伤积累和持续分泌促炎细胞因子等机制促进细胞老化。这些过程不仅损害正常细胞功能，还有助于衰老表型的发育。病毒操纵宿主细胞通路以支持其持久存在，但作为其结果，它们诱导了衰老相关表型，其标志是DNA损伤、线粒体功能障碍和促炎性SASP因子的分泌，这可加速组织变性和系统衰老。

与健康个体相比，慢性丙型肝炎病毒（HCV）感染通过上调关键细胞周期抑制因子（包括p16、p21和p27）逐渐损害肝脏并促进肝细胞衰老。这种衰老表型进一步得到支持，约50%的慢性HCV个体中肝脏SA-β-gal活性增加，表明广泛的肝细胞衰老。此外，DNA损伤标志物（如γ-H2AX和磷酸化HP1γ）的水平在HCV感染患者的肝组织中升高，并且特别集中在纤维化区域内。除了肝细胞，慢性HCV感染还导致免疫衰老，CD4⁺ T细胞中的端粒缩短证明了这一点，导致过早的T细胞老化。

人类巨细胞病毒（HCMV）是病毒诱导衰老的另一个充分记录的案例。体外研究表明，HCMV感染增加了原代人成纤维细胞和原代肾近端小管上皮细胞中的SA-β-Gal活性。HCMV还调节细胞周期，这通过成纤维细胞中p53和p16的上调以及肾上皮细胞中增殖标志物Ki67的下调证明。HCMV直接早期（IE）基因，特别是IE2，是诱导这种衰老表型的重要组成部分。

人类免疫缺陷病毒（HIV）通过病毒蛋白的活性促进多种细胞类型中细胞衰老生物标志物的表达。虽然当前的抗逆转录病毒疗法有效降低了HIV载量并延长了预期寿命，但这种增加的寿命通常伴随着加速衰老和年龄相关合并症的迹象。一个关键因素是HIV转录反式激活因子（Tat）蛋白。

除了通过炎症和转录变化促进衰老外，HIV还破坏线粒体稳态，特别是在神经元中，进一步促进细胞老化。HIV-1蛋白，包括Tat和gp120，通过上调DRP1及其向线粒体的易位，促进原代人神经元中的线粒体碎片化。

单纯疱疹病毒-1（HSV-1）像其他人疱疹病毒一样，主要在外周神经系统建立终身潜伏期。几十年来，除了偶尔重新激活外，这种持续存在被认为大多无害。然而，越来越多的研究开始改变这种观点，表明HSV-1具有更隐蔽的作用，特别是在大脑中。HSV-1 DNA已在阿尔茨海默病（AD）患者的大脑以及一些健康对照者中检测到，这引发了关于其可能参与神经变性的有趣问题。

细菌感染诱导细胞衰老

细菌也是驱动细胞衰老和加速老化的传染源。细菌诱导的衰老可能对宿主组织和整体免疫功能产生若干有害后果。虽然衰老最初作为一种保护性反应，阻止受损或感染细胞的增殖，但细菌诱导的衰老可能对宿主组织产生许多不利影响。这个过程可以由慢性抗菌炎症、氧化应激、直接基因毒性和免疫系统的特定通路（包括Toll样受体4（TLR4）、NF-κB、p53和p21）激活触发，这些通路维持SASP。

一些携带基因毒素colibactin的大肠杆菌（Escherichia coli）菌株（由聚酮化合物合成酶（pks+）基因组岛编码）已被证明可在宿主细胞中诱导细胞衰老。体外感染pks+ E. coli会导致双链DNA损伤，随后增加γH2AX焦点并触发细胞周期停滞，其标志是p21和p16的上调。

幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）是慢性胃炎和消化性溃疡的主要原因，它主要在胃肠道（GI）上皮细胞中诱导持续性细胞衰老，即使在成功根除感染后，衰老表型仍然存在。慢性H. pylori感染通过炎症诱导的ROS产生促进胃上皮端粒缩短，导致DNA双链断裂。

慢性结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）感染期间的持续炎症是由促炎介质（如TNF-α、IL-1β和IFN-γ）以及二十烷类和活性氧的持续产生驱动的。这些因素影响宿主细胞死亡和免疫反应，最终促进组织损伤和病原体持续存在。衰老通路部分是由这种持续的炎症环境诱导的。

伯氏疏螺旋体（Borrelia burgdorferi），导致莱姆病的螺旋体，深刻地改变宿主细胞过程，在患者中引起持续症状，并产生一种让人联想到炎症衰老的生理状态。这一过程的一个标志是加速的细胞衰老，莱姆病患者血清中SA-β-Gal活性显著增加证明了这一点。

原生动物寄生虫感染对衰老过程的影响

原生动物寄生虫是一类侵入其他活细胞的单细胞生物，是其宿主细胞生物学的主要操纵者。这些寄生虫精细调整其细胞过程，以创造有利于其生存和复制的环境。它们调节广泛的宿主功能，包括细胞周期进程、凋亡、ROS产生和细胞代谢。这些寄生虫驱动的修饰可能有助于宿主细胞中衰老样表型的发展。

弓形虫（Toxoplasma gondii），弓形虫病的病原体，是一种专性细胞内寄生虫，能够在哺乳动物宿主中建立终身感染。为了在宿主细胞内茁壮成长，弓形虫利用氧化应激，操纵细胞通路以创造有利于其复制的生态位。感染导致ROS产生增加，进而引起DNA双链断裂，感染HeLa细胞中γH2AX表达升高证明了这一点。这种DNA损伤干扰正常的细胞周期进程，在各种细胞类型中阻滞宿主细胞主要停留在S期和G2/M期。DNA损伤的积累和持续的细胞周期停滞最终驱使宿主细胞进入衰老状态，这种结果为寄生虫提供了一个稳定的、非增殖性的环境，有利于长期生存。

疟原虫（Plasmodium）种类，疟疾的病原体，通常引起急性症状；然而，感染可以在肝脏中持续存在并导致慢性复发状态。在一项受控的人类疟疾感染研究中，健康志愿者被故意感染恶性疟原虫（P. falciparum）以研究疟疾对细胞老化的影响。

恰加斯病（Chagas disease）的病原体克氏锥虫（Trypanosoma cruzi）建立了一种持续性慢性感染，如果不治疗，约30%的感染者会导致心肌病。导致这种病理的机制之一是加速细胞衰老，特别是在心肌细胞中。体外和体内研究均表明，克氏锥虫感染在心肌细胞中诱导衰老表型。

利什曼病（Leishmaniasis）由利什曼原虫（Leishmania species）的慢性感染引起，也可能呈现通常与衰老相关的症状，特别是在免疫细胞中。利什曼病有两种主要的临床表现：皮肤利什曼病，以局部皮肤病变和结节为特征；内脏利什曼病，一种更严重的系统形式，影响肝脏、脾脏和淋巴系统等内部器官。

结论与未来展望

新出现的证据表明，在包括病毒、细菌和原生动物寄生虫在内的多种病原体中，诱导细胞衰老不仅仅是感染的后果，而是病原体用来在宿主体内创造和维持有利生态位的刻意策略。通过驱动衰老，这些病原体操纵宿主细胞功能以支持其自身的生存、复制和持续存在。由此产生的衰老表型不仅有助于免疫逃避和慢性感染，而且与宿主的免疫衰老和加速生物老化密切相关。

值得注意的是，衰老可能在宿主抗感染防御中扮演有益角色。例如，衰老的成纤维细胞表现出对水疱性口炎病毒（VSV）感染的抵抗力，并分泌SASP因子，进一步增强周围环境的抗病毒防御。类似地，在感染VSV的小鼠中，肺中诱导衰老在感染早期减少了病毒载量。这些发现支持了这样一种观点，即在某些情况下，衰老可能通过限制病原体复制和增强免疫激活，作为对抗特定感染的保护机制。

随着该领域研究的进展，靶向细胞衰老已成为一种有前景的方法，以减轻感染的长期病理后果。诸如清除衰老细胞或调节衰老相关通路等策略，具有治疗潜力，可以破坏持续性感染、促进组织修复和改善整体健康结果。然而，一个仍然需要研究的关键领域是病原体诱导的衰老对宿主健康的长期影响。目前尚不清楚这些衰老状态是否可逆，或者即使在感染解决后，它们是否会留下持久的损害。更深入地了解感染如何驱动衰老以及这一过程如何促进疾病进展，可以为创新疗法铺平道路，这些疗法不仅解决感染本身，还解决可能随之而来的慢性疾病。